Гидрологическое обоснование русловых нерестилищ для естественного воспроизводства литофильных рыб в малых и средних реках Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

УДК 627.81:556.1

В. Н. Шкура, А. В. Демьяненко

Новочеркасский инженерно-мелиоративный институт им. А. К. Кортунова Донского государственного аграрного университета, Новочеркасск, Российская Федерация

ГИДРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РУСЛОВЫХ НЕРЕСТИЛИЩ ДЛЯ ЕСТЕСТВЕННОГО ВОСПРОИЗВОДСТВА ЛИТОФИЛЬНЫХ РЫБ В МАЛЫХ И СРЕДНИХ РЕКАХ

Целью исследований являлось гидрологическое обоснование возможности создания благоприятных условий для естественного воспроизводства проходных и полупроходных рыб на нерестилищах в бассейнах малых и средних рек. До того как Цимлянским водохранилищем был зарегулирован сток и в бассейнах малых и средних рек был построен каскад прудов и водохранилищ, гидрологический режим этих рек позволял создавать на отдельных участках в среднем и нижнем течении благоприятные условия для эффективного естественного воспроизводства ценных видов проходных и полупроходных рыб. Это в первую очередь относится к необходимым параметрам: расходу, скорости течения, глубине на нерестилище и температурному режиму воды. После заполнения Цимлянского водохранилища и ввода в эксплуатацию прудов и водохранилищ на малых и средних реках их гидрологический режим претерпел серьезные изменения. Так, продолжительность половодий на малых и средних реках снизилась в 1,2-1,4 раза, величина максимальных расходов - в 2,0-2,5 раза. В результате естественное воспроизводство в малых и средних реках бассейна упало до катастрофического уровня, что отразилось на рыбопродуктивности не только р. Дон, но и всего Азово-Донского рыбопромыслового района. Однако большинство малых и средних рек бассейна Дона сохранили потенциальную возможность восстановления их рыбопродуктивности при условии создания благоприятного для нереста гидрологического режима на нерестилищах. Достигнуть этого можно, максимально восстановив сток рек и приблизив его к естественному путем реализации мелиоративных мероприятий на водосборе, руслорегулирующих - на гидрографической сети или организации рыбохозяйст-венных попусков воды из существующих прудов и водохранилищ.

Ключевые слова: бассейн р. Дон, бассейн малой и средней реки, естественное воспроизводство рыб, нерестилища, гидрологический режим, рыбохозяйственный попуск.

V. N. Chkura, A. V. Demyanenko

Novocherkassk Engineering and Land Reclamation Institute of Don State Agrarian University, Novocherkassk, Russian Federation

HYDROLOGICAL SUBSTANTIATION OF CHANNEL SPAWNING GROUND FOR NATURAL REPRODUCTION OF LITHOPHILIC FISH IN SMALL AND MEDIUM RIVERS

The aim of the research is to substantiate the opportunity for creating favorable conditions for natural reproduction of anadrom and semi-anadromous fishes at the spawning in the basins of small and medium rivers. Before Tsimlyanskoe Reservoir began regulating runoff and series of pools and reservoirs in the basins of small and medium rivers were built, hydro-logical regime of these rivers enabled to create favorable conditions for effective natural reproduction of valuable anadrom and semi-anadromous fishes at separated sites in lower and

medium reaches. Firstly, favorable conditions were characterized by such parameters as discharge, stream velocity, spawning depth, and water temperature. After the filling of Tsimlyanskoe Reservoir and bringing into service pools and reservoirs at small and medium rivers their hydrological regime have changed severely. So, the duration of flood at small and medium rivers decreased in 1.2-1.4 times, the value of maximal discharges - in 2.0-2.5 times. As a result, natural reproduction in small and medium rivers of the basin fell down to catastrophic level, what had reflection on fish capacity of the Don River and all Azov-Don basin. However, most of the small and medium rivers of the Don basin preserved potential for restoration fish capacity providing favorable hydrological regime for spawning. To achieve this it is required to restore rivers' runoff to natural one by realizing ameliorative activities at watershed, stream-regulating at hydrographic net, or by organizing fishery discharge from existing pools and reservoirs.

Keywords: Don Basin, basin of small and medium rivers, natural fish reproduction, spawning ground, hydrological regime, fishery discharge.

Исследования А. Б. Авакяна, И. Ф. Ковтуна, В. П. Салтанкина и др. ученых показали, что эффективность естественного воспроизводства проходных и полупроходных видов рыб в бассейнах рек зависит от наличия нерестилищ и от создания в них благоприятного гидрологического и температурного режимов стока [1-3]. При этом различные виды рыб используют для нереста разные виды нерестилищ. Так, для нереста литофильных и пелагофильных рыб нужны русловые нерестилища с быстрым течением, а на нерестилищах фитофильных рыб скорости течения должны быть минимальными, но при этом важнейшими факторами становятся слой и длительность их затопления. Первый тип нерестилищ, как правило, располагается в русле реки, а субстратом для них являются камни, щебень, галька. Второй тип нерестилищ располагается на полойно-пойменной системе реки с залитой луговой и кустарниковой растительностью.

Учитывая специфику стока малых и средних рек, достаточно сложно совместить возможность создания скоростных русловых нерестилищ и длительного затопления слабопроточных пойменных займищ, так как для первого типа нерестилищ воду необходимо держать в русле, а для второго, наоборот, выпустить ее на пойму. В этой ситуации по характеру морфологии русла, масштабу развития поймы, преобладающему заходу на нерест тех или иных видов производителей предложено разделить речные бассейны на две группы: 1) реки с преобладающим воспроизводством литофиль-

ных и пелагофильных рыб; 2) реки с преимущественным воспроизводством фитофильных рыб.

С учетом принятого выше деления речных бассейнов к первой группе малых рек относятся реки или их участки с уклонами русел свыше 0,1 %о, в руслах которых имеются речные перекаты с быстрым течением в сочетании с глубокими плесами, используемыми мигрирующими производителями рыб для отдыха. В бассейне р. Дон к таким рекам относятся Северский Донец, Калитва, Кундрючья, Быстрая, Тузлов и его притоки. Для этих рек критерием их пригодности для воспроизводства проходных (литофильных) рыб является создание требуемого скоростного и глубинного режимов на речных перекатах в течение всего нерестового периода.

Биологами сформулированы основные требования к русловым нерестилищам литофильных рыб. По данным АзНИИРХ, скорость течения в рыбцово-шемайных нерестовых каналах должна составлять 0,5-0,8 м/с при глубине потока 0,6 м ± 0,1 м. Согласно рекомендациям В. И. Козлова и Л. С. Абрамовича, для литофильных рыбца и шемаи необходимы камени-сто-галечниковые нерестилища глубиной от 0,15 до 0,90 м на перекатах и от 0,5 до 0,7 м на плесах при скорости течения водного потока 0,5-1,0 м/с, с температурой воды свыше 15 °С [4].

Исходя из вышеизложенного, на русловых нерестилищах в течение всего периода нереста гидравлические требования к скоростному и уро-венному режимам будут соблюдаться при следующем условии:

1 ^

брх ^ Qр — R , (1)

п

где 0рх - рыбохозяйственный расход, обеспечивающий создание требуе-

мых гидравлических условий в нерестилище, м3/с; Qр - расход реки по расчетному гидрографу, м/с;

п - коэффициент шероховатости переката из каменной наброски, принят с учетом рекомендаций П. Г. Киселёва [5]; ю - площадь живого сечения реки, м2;

R - гидравлический радиус русла, м; i - гидравлический уклон на участке.

Натурными исследованиями реки Кундрючьей установлено, что основные нерестилища проходных литофильных рыбца и шемаи на этой реке расположены на перекатах, сложенных камнем различной крупности, шириной 10-20 м с уклонами 0,001-0,003. Эти перекаты отдельными участками протяженностью от 60 до 100 м расположены в 5-54 км от устья реки. Скорость потока на таких участках с учетом того, что их уклоны значительно меньше критических, может быть определена по формуле равномерного движения жидкости:

1 1 1

V = Сл[ы = - Я6 =-0,450167 л/0,45 • 0,002 = 0,75 м/с.

рх п 0,035 ^

где С - коэффициент Шези, м0,5/с;

п - коэффициент шероховатости переката из каменной наброски, принят с учетом рекомендаций П. Г. Киселёва [5].

При такой средней скорости и глубине расчетный рыбохозяйствен-ный расход на нерестилищах по зависимости (1) составит Qрх = 3,75 м/с.

Для данного водохозяйственного участка реки при площади водосбора 1510 км (по его верхней границе) были определены годовой сток, внутригодовое распределение и составлены водохозяйственные балансы. Годовой сток р. Кундрючьей обеспеченностью Р = 25 % по верхней границе данного водохозяйственного участка составляет 94,6 млн м , а по нижней - 114,6 млн м . Потребление водного ресурса в пределах участка составляет 35,5 млн м . Сток за пределы участка, включая и санитарный, составляет 79,1 млн м . Водные ресурсы, формирующиеся в р. Кунд-рючьей в год обеспеченностью Р = 10 %, составляют 155,6 млн м , при этом вниз по течению реки (согласно водохозяйственному балансу) сбрасывается 120,1 млн м .

Нерест рыбца и шемаи происходит при температурах воды от 15 °С. Такие температуры в р. Кундрючьей наступают в середине третьей декады

апреля. Собственно нерест происходит поэтапно в течение примерно 30 суток. С учетом сформулированных требований и произведенных расчетов были построены номограммы (рисунки 1-3) для определения соответствия режимов стока на данном участке р. Кудрючья требованиям естественных нерестилищ. Номограммы включают объединенные в единую систему координат расчетный гидрограф стока Qгд = f (?), графики пропускной способности руслового нерестилища Qрх = f (^) и график динамики роста средних температур воды Т = /^). Данные для построения последнего взяты из гидрологических ежегодников.

Из данных рисунка 1 следует, что при годовом стоке обеспеченностью Р = 10 % требуемые гидравлический и температурный режимы, необходимые для эффективного естественного воспроизводства рыбца и шемаи, будут с запасом выдержаны на нерестилищах данного участка реки. Для года обеспеченностью по стоку Р = 12 % (рисунок 2) они будут предельно выполнимыми. Для года обеспеченностью по стоку Р = 25 % (рисунок 3), при которой естественное воспроизводство обеспечивается в среднем один раз в четыре года, естественного расхода недостаточно для поддержания требуемых скоростного и уровенного режимов на нерестилищах данного участка реки.

Для создания расчетного гидравлического режима на перекатах-нерестилищах рассмотренного участка необходимо в течение 30 суток предусмотреть осуществление специального рыбохозяйственного попуска. Тогда рыбохозяйственный расход воды в реке в районе нерестилищ с учетом попусков воды из существующих прудов и водохранилищ будет составлять:

Q = Q + Q п,

где Qрх - требуемый рыбохозяйственный расход на нерестилище;

Qгд - расход гидрографа в / -й момент времени;

Qпоп й - дополнительный расход за счет опорожнения специальных ры-бохозяйственных прудов в I -й момент времени.

0\

Ь, м ■+

ОмУс2(л

м

V VI '// ГШ IX X X/ XII

00

Ж

рэ

у

Л X

Е »

ж

у

43 X

рэ Й

Р

о о о

к

КС о я о ч о

я

43

о

Й о

о Й к о

43 РЭ

с

к

№

ю о

г

I

Расчетный объем рыбохозяйственного попуска определяют по формуле:

Жпоп = Д£поп(т) - QЩ(Ф + |4[бпоп(т) - бгд(т)^ . (2)

п г 3

Для рассматриваемого участка р. Кундрючьей величина попуска составит 3,9 млн м . Объем рыбохозяйственного попуска в процентах от годового стока обеспеченностью Р = 25 % может быть определен по формуле:

Ж

АО =-^-100, (3)

^рх Ж

" г Р=25%

3

где Жрх - попуск на рыбохозяйственные цели, м ;

ЖгР=25% - сток года обеспеченностью Р = 25 %, м .

Для исследуемого участка р. Кундрючьей попуск составит:

3 9

АО =—-100=4,1%. рх 94,6

Техническая возможность осуществить рыбохозяйственный попуск в бассейне р. Кундрючьей имеется, так как в бассейне только на территории Российской Федерации построено 223 пруда общим объемом 7,6 млн м (не считая Соколовского и Вербинского водохранилищ объемом около 16,6 и 6,6 млн м ), 53,3 % которых, по данным А. Е. Косолапова, В. Н. Шкуры, О. А. Клименко и др., в последнее время не используется [6].

Аналогичное обследование русловых нерестилищ было выполнено для низового участка р. Тузлов протяженностью 50,3 км от устья до х. Каменного Брода и для нижнего участка р. Грушевки от устья до автодорожного моста в х. Яново-Грушевском. В эти реки ежегодно наблюдается заход (различной интенсивности) на нерест рыбца и шемаи. Галечно-щебеночные перекаты в данных реках с субстратом и скоростным режимом пригодны для использования в качестве русловых нерестилищ.

Водосборная площадь, обеспечивающая сток р. Тузлов на участке исследований, составляет 2011 км . Рыбохозяйственный расход нерестилищ, определенный по формуле (1) с учетом требований к русловым нерестилищам (ширина русла по урезу В = 19 м, глубина 0,7 м и скорость

течения 0,5 м/с), составил 6,3 м3/с. Такой гидравлический режим на русловых нерестилищах данного участка реки создается при годовом стоке обеспеченностью Р = 18 %, то есть один раз в шесть лет (рисунок 4).

Для создания требуемых гидравлических условий на русловых нерестилищах данного участка реки в год обеспеченностью по стоку Р = 25 % потребуется специальный рыбохозяйственный попуск из существующих водохранилищ (в бассейне имеется 368 прудов и водохранилищ общим объемом 40,67 млн м ), составляющий в соответствии с зависимостью (2) 6,28 млн м (рисунок 5). При годовом стоке реки обеспеченностью Р = 25 %, равном 107,2 млн м , доля специального рыбохозяйственного попуска в соответствии с зависимостью (3) составит 5,9 %.

На устьевом участке р. Грушевки (водосборная площадь F = 941 км ) выше границы влияния возможного подпора со стороны р. Тузлов благоприятные скоростной и уровенный режимы по зависимости (1) на русловых нерестилищах создадутся при расходе не менее 3,97 м /с (рисунок 6).

Такой гидрологический режим до регулирования стока каскадом прудов и водохранилищ при температуре воды свыше 15 °С на данном участке создавался в среднем в период с третьей декады апреля по третью декаду мая при расчетном стоке года обеспеченностью Р = 13 %. После проведения расчистки участка с учетом современного регулирования стока, всеобъемлющего освоения водосбора под сельскохозяйственные угодья, населенные пункты, огороды граждан благоприятные условия создадутся при расчетном стоке года обеспеченностью Р = 3 %. Для года обеспеченностью по стоку Р = 25 % для создания таких же гидравлических условий потребуется искусственный рыбохозяйственный попуск в объеме Wрх = 5,96 млн м , что в соответствии с зависимостью (3) составит 11,8 %

годового стока. В настоящее время в бассейне р. Грушевки имеются шесть прудов и водохранилищ общим объемом 4,3 млн м , емкости которых недостаточно для осуществления рыбохозяйственного попуска. Для осуществления необходимого попуска в бассейне потребуется строительство дополнительного водохранилища емкостью 1,7 млн м3.

Ж

рэ

у

Л X

Е »

ж

у

43 X

рэ Й

Р

о о о

к

КС о я о ч о

я

43

о

Й о

о Й к о

43

РЭ

с

к

№

ю о

г

I

Ж

РЭ

у

Л X

Е »

ж

у

43 X рэ Й

Р

о о о

к

КС о я о ч о

я

43 О

о>

Й

о

о Й к о

43 РЭ

с

к

№

ю о

г

I

На основании выполненных исследований трех бассейнов малых и средних рек бассейна р. Дон установлено, что с увеличением площади водосбора благоприятный гидрологический режим на русловых нерестилищах для литофильных рыб создается при более высоких обеспеченностях годового стока (рисунок 7).

18

15

12 9 6 3

Р= НХбЧп^с- 131$

№ = 0,9

/

/

Репс-

700

1400

2100

Рисунок 7 - График обеспеченности гидрологического режима

русловых нерестилищ

В то же время для поддержания требуемых скоростного и уровенно-го режимов на русловых нерестилищах в год обеспеченности по стоку Р = 25 % в малых и средних реках бассейна р. Дон потребуются специальные рыбохозяйственные попуски, составляющие в зависимости от площади водосбора реки от 4,1 до 11,8 % объема годового стока (рисунок 8). Данные объемы воды должны быть предварительно накоплены в существующих или специально построенных для этого водохранилищах.

В результате выполненных исследований установлено, что большинство малых и средних рек, использовавшихся литофильными рыбами для естественного воспроизводства, сохранили потенциальную возможность восстановления своей рыбопродуктивности.

Рисунок 8 - График ^/^Г р=25 % = Л^вдс)

Однако для этого в их бассейнах потребуются специальные мероприятия по организации рыбохозяйственных попусков воды с расчетным объемом, величина которого может быть определена с учетом разработанных рекомендаций, и в расчетные сроки.

Список использованных источников

1 Авакян, А. Б. Рациональное использование и охрана водных ресурсов /

A. Б. Авакян, В. М. Широков. - Екатеринбург: Изд-во «Виктор», 1994. - 320 с.

2 Ковтун, И. Ф. Масштабы и эффективность естественного размножения ценных видов рыб в Азово-Донском районе / И. Ф. Ковтун, А. А. Корнеев // Основные проблемы рыбного хозяйства и охраны рыбохозяйственных водоемов Азово-Черноморского бассейна: сб. науч. тр. / АзНИИНХ. - Ростов н/Д., 1997. - С. 180-186.

3 Салтанкин, В. П. Предложения об организации ресурсного блока концепции охраны малых рек / В. П. Салтанкин // Малые реки России. - М., 1994. - С. 33-37.

4 Козлов, В. И. Справочник рыбовода / В. И. Козлов, Л. С. Абрамович. - М.: Росагропромиздат, 1991. - 238 с.

5 Справочник по гидравлическим расчетам / под ред. П. Г. Киселёва. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1972. - 312 с.

6 Река Кундрючья: анализ природно-технической системы / А. Е. Косолапов,

B. Н. Шкура, О. А. Клименко [и др.]; Сев.-Кав. филиал ФГУП «Российский НИИ компл. использования и охраны водн. ресурсов». - Новочеркасск: НОК, 2006. - 176 с.

Шкура Владимир Николаевич - кандидат технических наук, профессор, профессор кафедры «Использование водных ресурсов, гидравлика и математика», Новочеркасский инженерно-мелиоративный институт им. А. К. Кортунова Донского государственного

аграрного университета, Новочеркасск, Российская Федерация. Контактный телефон: (8635) 22-39-95. E-mail: [email protected]

Chkura Vladimir Nikolaevich - Candidate of Technical Sciences, Professor, Professor of the Chair of Full use of water resources, hydraulics, mathematics, Novocherkassk Engineering and Land Reclamation Institute of Don State Agrarian University, Novocherkassk, Russian Federation.

Contact telephone number: (8635) 22-39-95. E-mail: [email protected]

Демьяненко Алексей Владимирович - аспирант кафедры «Использование водных ресурсов, гидравлика и математика», Новочеркасский инженерно-мелиоративный институт им. А. К. Кортунова Донского государственного аграрного университета, Новочеркасск, Российская Федерация. Контактный телефон: (8635) 22-39-95. E-mail: [email protected]

Demyanenko Alekseu Vladimirovich - post graduate student of the Chair of Full use of water resources, hydraulics, mathematics, Novocherkassk Engineering and Land Reclamation Institute of Don State Agrarian University, Novocherkassk, Russian Federation. Contact telephone number: (8635) 22-39-95. E-mail: [email protected]